LA NASCITA DELLA LUCE

Se, chi legge questo bellissimo brano della Genesi, conoscesse la Fisica delle Particelle Elementari[1] troverebbe alcune coincidenze sorprendenti.

Il testo ci racconta che all’inizio fu creata la Materia e poi, in un secondo tempo, la Luce. Ma, come vedremo in seguito, anche la Scienza dice la stessa cosa. Infatti, secondo gli studi più recenti la Luce nacque circa 380.000 anni dopo che la Materia era già presente nell’Universo.

Nel brano della Genesi stupisce la circostanza che Dio abbia creato la Luce a partire dalla Terra, ossia da una materia che viene definita “informe”. Infatti è universalmente accettato a livello scientifico che l’Universo sia composto da materia, ossia da particelle aventi massa, e da radiazione, ossia particelle prive di massa che, nel caso della radiazione luminosa, sono chiamate fotoni. Ed è stato dimostrato che, nell’Universo primordiale, la radiazione luminosa si separò dalla Materia nella quale era intrappolata, e cominciò a viaggiare liberamente nello spazio, solo quando la temperatura della Materia si abbassò al di sotto di una certa soglia.

Prima che tutto ciò accadesse la Materia si trovava in uno stato che i Fisici chiamano plasma; ovverosia un gas molto denso e ad altissima temperatura, composto principalmente da quark[2] ed elettroni slegati fra loro e liberi di vagare. Mentre la materia si espandeva, favorito dall’abbassarsi delle temperature, è avvenuto il fenomeno della ricombinazione: le forze nucleari dapprima combinarono i quark tra di loro consentendo la formazione dei protoni e dei neutroni ed i primi nuclei atomici di idrogeno e di elio. Ma la Luce non poteva ancora liberarsi dalla materia in quanto nel gas primordiale i fotoni interagivano continuamente con i nuclei carichi positivamente e con gli elettroni vaganti. I raggi di luce non potevano viaggiare in linea retta in quanto continuamente deviati dalla presenza di innumerevoli particelle cariche. Lo spazio era perciò opaco e la materia ancora informe.

Poi, finalmente, quando la continua l’espansione dell’Universo consentì alla temperatura di scendere al di sotto dei 3000 C°, i protoni riuscirono ad attrarre gli elettroni e si formarono finalmente gli atomi.

Questo fu il momento in cui la materia, che non aveva ancora forma, cominciò a strutturarsi. Gli atomi neutri consentirono finalmente alla luce di liberarsi; non più deviati dalle interazioni elettromagnetiche i fotoni cominciarono a viaggiare in linea retta.

Improvvisamente l’opacità si dissolse, l’Universo divenne trasparente e la Luce illuminò ogni cosa: ma questo non avvenne dopo un solo giorno, bensì 380.000 anni dopo quel Big Bang iniziale da cui la materia era nata.

Quel mare di fotoni ci fornisce la fotografia dello stato dell’Universo primordiale da cui sono scaturiti. Dopo 14 miliardi di anni, stanno ancora oggi viaggiando nello spazio anche se, mentre al momento della partenza erano luce emessa da una sorgente a 3000 C° di temperatura, oggi la loro temperatura è di soli 3 gradi Kelvin.

Durante i 14 miliardi di anni l’espansione dello spazio nel quale viaggiavano ha causato conseguentemente l’espansione della loro lunghezza d’onda ed oggi quei fotoni sono solo una debole radiazione di microonde. Essa è chiamata radiazione cosmica di fondo, ed è stata individuata “per caso” nel 1965 da due fisici, Penzias e Wilson, durante degli esperimenti che avevano l’obbiettivo di mettere a punto un’antenna per microonde della compagnia Bell Telephone.

I loro strumenti avvertivano un disturbo di fondo, che era molto fastidioso; il livello del disturbo era sempre lo stesso, proveniva da tutte le direzioni e i due fisici non sapevano di cosa di trattasse. Per risolvere il problema, contattarono il Prof. Robert Dicke della Princeton University che si rese immediatamente conto che quel disturbo altro non era che la radiazione cosmica di fondo, la cui esistenza era stata già da tempo ipotizzata, ma non ancora scoperta.

Gli astrofisici pensarono subito che, se, come appariva presumibile, l’Universo primordiale non fosse stato perfettamente isotropo ma avesse contenuto delle pur piccole disomogeneità nella densità del plasma, queste disomogeneità sarebbero dovute apparire anche nella mappa della temperatura della radiazione cosmica di fondo.

Dopo molte campagne sperimentali in cui si misero in campo strumenti sempre più sofisticati, si è arrivati ad ottenere la Mappa di temperatura visibile nella figura di intestazione di questa pagina. Ogni punto sulla mappa rappresenta la temperatura della radiazione proveniente da quella coordinata celeste; i punti più chiari corrispondono a temperature, e quindi densità del plasma, più basse, mentre i punti più scuri a temperature più alte.

Questa mappa non è solo sorprendente in quanto fornisce una sorta di firma dell’Universo primordiale, ed è quindi come un reperto fossile dello stato dell’Universo risalente a quasi 14 miliardi di anni fa, ma è anche determinante per confermare le teorie dell’espansione dell’Universo e per spiegare come le attuali strutture galattiche si siano formate.

Un seminario sul tema della Luce è stato organizzato nel 2016 da me e dalla prof.ssa Maria Tasinato, anche con il contributo di alcuni attori bambini. Il relativo video è disponibile a questo link:

LA NASCITA DELLA LUCE